銅冶煉煙氣制酸節能減排技術改造生產實踐

耿 同， 孫子虎， 李兆宏， 欒劍峰， 張均杰

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銅冶煉煙氣制酸節能減排技術改造生產實踐

耿 同， 孫子虎， 李兆宏， 欒劍峰， 張均杰

介紹了針對6%～8%的低SO2濃度設計的制酸系統在SO2濃度提高到8%～10%后，制酸系統技改工藝流程、設備選型和生產實踐。

銅； 冶煉煙氣； 硫酸生產； 技術改造； 生產實踐

煙臺鵬暉銅業有限公司是一家銅冶煉企業，始建于上世紀70年代?，F冶煉系統采用1臺側吹爐+2臺連續吹煉爐煉銅工藝，制酸凈化系統采用稀酸洗滌工藝，轉化系統采用“2+2”二轉二吸工藝。2008年2月富氧側吹熔池熔煉工藝代替鼓風爐煉銅工藝投入運行，由于入爐富氧濃度較低，環保效果及經濟指標與同行業先進水平還有很大差距。為滿足新形勢下的節能減排要求，新上一套ZO- 3500/80型VPSA制氧裝置，將入側吹爐富氧濃度由38%提高到60%，制酸系統同步進行配套改造。技改工程于2014年1月開始籌備及訂貨，于2014年6月15日大修期間進行改造，歷時一個月，7月15日投入試運行?，F將制酸技術改造與試生產情況介紹如下。

1 技改的思路

1.1 滿足國家排放標準的要求

《銅、鎳、鈷工業污染物排放標準》GB25467-2010中規定，2012年1月1日起，現有企業執行大氣污染物濃度排放限值400 mg/m3的標準。滿足環保要求是企業生存的根本，為應對尾氣排放標準的調整，新建一套堿法尾氣吸收系統，尾氣經吸收后達標排放。為此，本次改造的首要任務是在進轉化系統SO2濃度大幅度提高的前提下，確保尾氣達標排放。

1.2 改造的原則與思路

本次技改在產能增加的同時，達到能耗降低尾氣SO2排放量不增加的目的。因此，改造的原則與思路是以節能減排為主線，優化工藝與設備，主要措施如下：

(1)污染物達標排放。轉化進氣二氧化硫濃度峰值達到11%，尾氣可達標排放。

(2)滿足冶煉煙氣負壓要求。盡量降低干燥塔入口稀釋風的補入量，保證3臺冶煉爐子需要的負壓。

(3)回收轉化余熱?；厥誗O2濃度滿足自熱平衡后的過剩熱量，生產低壓蒸汽。

(4)轉化系統阻力優化設備結構、管道布置，確保增加設備，總阻力不增加，保持風機正常運行。

(5)選用先進的設備。二吸塔絲網除霧器改為纖維除霧器，采用新型結構的換熱器，轉化器采用不銹鋼材質等。

2 工藝的選擇及特點

設計進轉化煙氣風量65 000 m3/h，煙氣SO2濃度10%，年運行時間330天，產酸量22.5 kt/a，煙氣制酸裝置轉化入口煙氣條件見表1。

表1 22.5 kt/a煙氣制酸裝置轉化入口煙氣條件

由于SO2濃度提高到11%，原有“2+2”轉化工藝只適合處理SO2濃度在8%以下的煙氣，對于8%～11% SO2濃度煙氣，轉化工藝改造方案有三種選擇：a.增加一套預轉化系統，抽出一部分煙氣預轉化，預轉化后的氣體與原始煙氣混合后濃度降為8%以下送入原來的轉化系統。b. “2+2”工藝改為“3+2”工藝，采用國產口觸媒。c.“2+2”工藝改為“3+1”工藝，采用進口觸媒，采用熱管鍋爐回收余熱，生產低壓蒸汽。

經過綜合比較，采用 “3+1”兩次轉化工藝，采用進口觸媒，一、二吸收塔入口各設置一臺熱管鍋爐的改造方案，同時對干吸系統也進行了配套改造。

3 改造方案

3.1 轉化系統的改造

原“2+2”轉化采用Ⅳ、Ⅲ、Ⅰ- Ⅱ換熱流程， 而“3+1”轉化最常用的換熱流程有Ⅲ、Ⅰ- Ⅵ、Ⅱ換熱流程和Ⅵ、Ⅰ- Ⅲ、Ⅱ換熱流程。采用后一種流程需增加一臺鍋爐，根據現場配置，換熱器移位及煙氣配管工作量最少，施工期最短。因此，選用Ⅳ、Ⅰ- Ⅲ、Ⅱ的換熱流程?！?+1”轉化Ⅳ、Ⅰ- Ⅲ、Ⅱ換熱流程工藝圖見圖1。

圖1 “3+1”轉化Ⅳ、Ⅰ—Ⅲ、Ⅱ換熱流程圖

煙氣走向為：鼓風機出口的煙氣，依次經過Ⅳ換熱器殼程、Ⅰ換熱器管程，與四段、一段出口的高溫SO3轉化氣換熱，溫度升至420 ℃進入轉化器一段，經一、二、三段催化轉化，三段出口SO3氣體經Ⅲ換熱器換熱后再經1#熱管鍋爐溫度降低到180 ℃進入一吸塔。經一吸塔吸收后的煙氣再依次經Ⅲ、Ⅱ換熱器換熱，溫度升至425 ℃進入轉化器第四段，經四段轉化后，煙氣經Ⅳ換熱器換熱后進入2#熱管鍋爐降溫到180 ℃進二吸塔。設計SO2總轉化率≥99.88%。轉化余熱由熱管鍋爐生產成低壓蒸汽，供生產系統使用。每臺換熱器均加裝了短路管線，轉化各段設置了溫度調節副線，采用電動閥門調節。

3.1.1 轉化器改造

(1)新建一臺轉化器。原有2臺φ7000碳鋼轉化器(一、二段為一臺，三、四段為一臺)，一、二段轉化器因上部殼體變型嚴重，鋼材氧化，因此，對一、二段轉化器進行了改造，一段采用不銹鋼，二段采用碳鋼。

(2)原有轉化器改造。原三、四段轉化器狀況良好可繼續使用。只是各段人孔和側面進氣口整體抬高400 mm，以適應觸媒填裝高度的增加。

3.1.2 轉化器觸媒的選型

銅冶煉行業的高氣濃硫酸生產實踐表明，進口觸媒有著優良的活性和耐高溫特點，適合于高SO2濃度生產。為適應高SO2濃度，回收轉化余熱，降低尾氣SO2的排放，選用部分進口觸媒?？紤]經濟性，一段、三段、四段全部用進口觸媒，二段用原有國產觸媒，并補充部分新觸媒?！?+1”轉化觸媒裝填量見表2。

3.1.3 換熱器改造

分段轉化率為：一段65%，二段90%，三段96%，四段99.88%，換熱器參數計算表見表3。

舊換熱器共7臺，拆除3臺，利舊4臺。利舊方案如下：舊Ⅳa、Ⅳb換熱器不動，作為Ⅳ換熱器使用；舊Ⅱc作為Ⅱ換熱器使用；舊Ⅱa換熱器移位作為Ⅲ換熱器使用。新增一臺Ⅰ換熱器，換熱管用縮放管，殼體進氣口上環套采用304不銹鋼，管內+管外壓降≤1 500 Pa，面積1 200 m2，三氧化硫進氣管采用304不銹鋼材質。

表2 “3+1”轉化觸媒裝填量表

表3 換熱器參數計算表

3.1.4 副線裝置改造

考慮到煙氣量和SO2濃度的波動，保證轉化器各段進口溫度，提高轉化率，副線設置如下：

(1)換熱器短路管線。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ換熱器均增加SO2煙氣短路管線。

(2)冷激副線。原一、二段副線保留，增加三、四段副線各一條，電動閥門利舊。

3.1.5 轉化煙氣余熱的回收

在一、二吸收塔入口各設置一臺熱管鍋爐，回收煙氣余熱，生產0.5 MPa低壓蒸汽并入生產管網。鍋爐設計參數如下：1#熱管鍋爐將煙氣溫度由270 ℃降為180 ℃,鍋爐壓力降≤800 Pa，產汽量3.0 t/h。2#熱管鍋爐將煙氣溫度由210 ℃降為180 ℃,鍋爐煙氣壓力降≤600 Pa，產汽量0.8 t/h。

3.2 干吸系統的改造

隨著酸產量的提高，主要是一吸、二吸熱負荷加大，對降溫、冷卻、供水等設備進行了改造。

3.2.1 一吸塔循環泵

由于采用泵后串酸，技改后串酸量增加，更換一臺循環酸泵，流量由360 m3/h增加到400 m3/h。

3.2.2 吸收酸冷卻系統

新上一臺一吸酸冷卻器，面積由230 m2加大到300 m2；原吸酸冷卻器替換二吸酸冷器；新上一臺酸冷器循環水泵，流量由1 250 m3/h增加到1 500 m3/h，給干燥、一吸、二吸酸冷器供水；新上一條DN600供水管線，原供水管線和回水管線并聯，做為回水管線用；增加200 t/h工業型冷卻塔2臺。

3.2.3 二吸塔捕沫層改造

為降低進尾氣吸收塔的酸霧含量，二吸塔2層金屬絲網捕沫器改為國產立式纖維除霧器，共12支元件。

4 試生產情況

2014年7月15日變壓吸附制氧機投入生產，冶煉富氧濃度由38%提高到60%，冶煉投料量大幅度增加，很快轉入穩定運行，制酸系統升溫、開車接氣一次成功。

4.1 主要技術經濟指標

改造前后硫酸電耗指標大幅下降，由89.3 kWh/t下降到80.2 kWh/t，下降幅度為10.19%；改造后進轉化SO2濃度增加，外排尾氣濃度降低。兩臺鍋爐總產汽量為2.5 t/h，供給電解車間和貴金屬生產車間使用。蒸汽價格按170元/t計算，年可節約300多萬元。主要技術經濟指標對比見表4(取改造前后6個月的平均數據)。

表4 改造前后主要技術經濟指標對比表

4.2 出現的問題

(1)三段入口溫度有時偏低。三段選用的是低溫觸媒，需保證入口溫度在400 ℃以上。當冶煉系統停一臺吹煉爐時氣濃較低，三段入口溫度偏低，原因是Ⅱ換熱器面積過大，在Ⅱ換熱器SO2煙氣進出口加裝DN1000短路管線及閥門后，該問題得到解決。

(2)轉化率與設計比偏低。實際生產中，進氣濃度在8%～10%，轉化率在99.78%～99.88%范圍內波動，低于設計值99.88%。根據轉化溫度顯示數值，四段出口三個測溫點溫度高點與低點溫差在20 ℃。分析原因是四段副線氣體入口處設在二轉電爐出口，靠四段入口太近，副線打開時，主管線內的高溫氣體和副線送過去的低溫氣體混合不均勻，偏離了反應的最佳溫度，造成這部分氣體轉化效果不好。解決方案是將四段副線由二轉電爐出口位置改在電爐進口位置。

(3)鍋爐產汽量低。1#熱管鍋爐產汽量在2.0～3.0 t/h，2#熱管鍋爐產汽量在0.5 t/h左右，均低于設計值3.0 t/h和0.8 t/h，原因一是進轉化平均SO2濃度為9%，沒有達到設計值11%。二是一吸塔出口煙氣溫度比原設計高20 ℃。鍋爐出氣口氣室為長方型結構，施工時因場地限制，煙氣出口旋轉了90°，由長方型的長邊出口改到了短邊出口，而原氣體分布板沒有改動，造成熱管內氣體分布不均。擬在大修期間采用改動氣體分布板或增加熱管面積的辦法解決。

以上(1)和(2)問題在2014年10月冶煉小修時，制酸停車已改造完成。

5 結語

對于冶煉系統提高富氧濃度進入制酸系統SO2濃度提高而煙氣量不變的工況條件， “2+2”轉化改為“3+1”轉化，選用進口觸媒，新上2臺熱管鍋爐的技改方案技術上是可行的，經濟上是合理的。這次技改主要突出節能減排這條主線，與大修一起進行，采用目前較先進成熟的技術，僅一個月的時間內完成全部改造。改造后設備工藝運行穩定可靠，操作簡單，沒增加人員，硫酸產量達到600 t/d，產出2.5 t/h低壓蒸汽，外排尾氣SO2濃度降低，節能減排效果明顯，取得了經濟效益和社會效益的雙豐收。

歐盟鋰電池研究取得突破性進展

受歐盟資助的“青獅”項目研究人員在鋰電池研究方面取得突破性進展，這將有助于生產出價格更低、更安全、更環保的鋰電池。

與鎳氫電池等可充電電池相比，鋰電池具有充電時間短、儲能容量大等優勢，因此一經上市就吸引了電動汽車制造商的注意。但是，鋰電池仍有一些缺陷需要改進，如容易短路、起火等。此外，其造價也相對昂貴。

“青獅”項目研究人員開發出更加環保的電池材料并減少了化學物質的使用。其新成果包括：改進生產流程，使用水系料漿生產電極，以減少電極生產成本和環境污染；推出新的裝配流程，如使用激光切割和高溫預處理等技術，減少生產電池所需的時間和成本；開發出自動化模塊和電池組裝配線，在提高產出量的同時降低成本；減輕電池模塊重量，使之便于組裝也便于拆解回收。此外，模塊化設計和新材料的使用還可使回收商更安全地回收舊電池材料，從而減少垃圾。

目前，項目研究人員已擴大生產規模，在一些合作伙伴的試點生產線上測試這些創新工藝。項目合作伙伴大眾、西雅特等汽車品牌還將評估最終組裝好的鋰電池模塊，研究其是否符合電動汽車的技術要求。

(煙臺鵬暉銅業有限公司, 山東 煙臺 264002)

Energy saving and emission reduction technology transformation of acid-making with copper smelting flue gas and its production practice

GENG Tong, SUN Zi-hu, LI Zhao-hong, LUAN Jian-feng, ZHANG Jun-jie

This paper introduces technology transformation flow-sheet, equipment selection and production practice of acid-making system when the SO2concentration increased to 8%～10%, the acid-making system was originally designed according to low SO2concentration of 6%～8%.

copper; smelting flue gas; sulphuric acid production; technology transformation; production practice

耿 同(1974—)，男，山東煙臺人，工程師，主要從事安全環保工作。

2015- 02- 11

TF805.3

B

1672- 6103(2015)06- 0061- 04